主要内容参考陈向群老师的PPT
进程调度、用户态、内核态。 中断。
进程调度
调度是一种设计，走到这之后，下一步去哪
调度时机：在内核对中断/异常/系统调用处理后，要返回到用户态的时候，要进行进程调度，即出内核态，需要调度
典型的事件举例：
• 创建、唤醒、退出等进程控制操作
• 进程等待I/O 、I/O 中断
• 时钟中断，如：时间片用完、计时器到时
• 进程执行过程中出现abort 异常
• 进程切换：是指一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程
进程切换主要包括两部分工作：
• 切换全局页目录以加载一个新的地址空间 【寄存器，谁上CPU，就放谁的页表起始地址】
• 切换【内核栈】和【硬件上下文】，其中硬件上下文包括了内核执行新进程需要的全部信息，如CPU相关寄存器
上下文切换具体步骤
场景：进程A 下CPU ，进程B 上CPU
• 保存进程A 的上下文环境（**程序计数器、程序状态字、其他寄存器…… **）
• 用新状态和其他相关信息更新进程A 的PCB
• 把进程A 移至合适的队列（就绪、阻塞…… ）
• 将进程B 的状态设置为运行态
• 从进程B 的PCB 中恢复上下文（程序计数器 、程序状态字、其他寄存器……）
上下文切换的开销：
直接开销：内核完成切换所用的CPU时间
• 保存和恢复寄存器……
• 切换地址空间（相关指令比较昂贵）
间接开销
• 高速缓存(Cache)、缓冲区缓存(Buffer Cache)和TLB(Translation Look-aside Buffer)失效
操作系统运行环境与运行机制
不同权限的不同指令——目的是为了保护，隔离
内核态(Kernel Mode) ：运行操作系统程序
用户态(User Mode) ：运行用户程序
• 用户态 → 内核态
唯一途径 → 中断/ 异常/ 陷入机制 （系统调用等）
通过访管指令 如int指令。条特殊的指令：陷入指令（又称 访管指令 ）提供给用户程序的接口，用于调用操作系统的功能（服务）
• 内核态 → 用户态
设置程序状态字PSW（进程调度 出内核）
进内核 -必须经过中断异常机制
出内核-必须经过调度机制
一个进程因为系统调用，暂停执行，操作系统陷入内核态执行内核程序，系统调用执行完后仍然需要调度机制选择新程序或者是旧程序执行。
中断与异常
CPU 暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序 ，处理完成后返回断点， 继续执行被打断的程序
随机发生、自动处理、可恢复
中断的引入： 为了支持CPU和设备之间的并行操作
• 当CPU 启动设备进行输入/ 输出后，设备便可以独立工作，CPU 转去处理与此次输入/ 输出不相关的事情；当设备完成输入/ 输出后，通过向CPU 发中断报告此次输入/ 输出的结果，让CPU
异常的引入： 表示CPU 执行指令时本身出现的问题
• 如算术溢出、除零、取数时的奇偶错，访存地址时越界或执行了“陷入指令” 等，这时硬件改变了CPU 当前的执行流程，转到相应的错误处理程序或异常处理程序或执行系统调用
异常与中断.png
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中断处理过程
1、判断中断来源——发出信号
2、CPU为处理中断做准备。"处理器" 切换到内核态 保存被中断程序上下文环境，PC/PSW
3、查中断向量表，找到中断处理程序入口，设置PC, CPU控制权转移到中断处理程序处。
4、中断处理程序保存现场内容，处理
5、CPU检测到中断返回指令，恢复上下文信息，以及PC和PSW
系统调用
系统调用的参数传递
系统调用的参数传递
• 系统调用使用寄存器传递参数，要传递的参数包括：
• 系统调用号
• 系统调用所需的参数
用于传递参数的寄存器有：
• eax 用于保存系统调用号和系统调用返回值
• 系统调用参数保存在ebx,ecx,edx,esi 和edi 中，参数个数不超过6 个
• 进入内核态后，system_call再将这些参数保存在内核堆栈里
gc.png
Linux保存参数信息与压栈顺序
canshu.png
中断发生后OS低层工作步骤
- 硬件压栈 ： 程序计数器等
- 硬件从中断向量装入新的程序计数器 等
- 汇编语言过程保存寄存器值
- 汇编语言过程设置新的堆栈
- C 语言 中断服务 程序 运行（ 例： 读 并 缓冲输入）
- 进程 调度程序决定下一个将运行的进程
- C 语言 过程返回至汇编代码
- 汇编语言过程开始运行新的当前进程
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